人體杠桿

“給我一個支點，我就能撬動整個地球。”阿基米德的這句名言，想必同學們都不陌生。那他這句話說得有道理嗎？其實，他的這個偉大想法運用了杠桿原理。在蘇教版五年級《科學》下冊第1單元“神奇的機械”的第2課《怎樣移動重物》中，就為同學們詳細講解了杠桿原理在生產、生活中的應用。其實，我們的身體運動也有杠桿原理的體現，四年級的同學將會在《科學》下冊第1單元“骨骼與肌肉”的第2課《關節》》和第3課《肌肉》中學習到。

接下來，南京市鼓樓區芳草園小學盧倩老師將帶領同學們走進本期的“加油科學課”，和同學們一起運動起來，尋找運動中的人體杠桿！

同學們，你們能在撬地球的杠桿中找到它的支點、動力臂、阻力臂、動力和阻力嗎？請在圖中畫出來吧！

不知道同學們畫得對不對呢？我們一起來理理思路！

杠桿：能繞一個固定點轉動的硬棒;

支點：杠桿繞著轉動的點，通常用字母O來表示;

動力：使杠桿轉動的力，通常用F1來表示;

阻力：阻礙杠桿轉動的力，通常用F2來表示;

動力臂：從支點到動力作用線的距離，通常用L1表示;

阻力臂：從支點到阻力作用線的距離，通常用L2表示。

杠桿原理：動力F1x動力臂L1=阻力F2x阻力臂L2。

實際上，用杠桿移動地球是不可能的，但是杠桿作為一種簡單機械，很多機器中都有它的存在。

2020年1月1日，首個華為智能無人店在武漢開業，消費者根據屏幕提示購物后，由一大兩小的智能機械臂協同工作取貨。首先，大機械臂抓取陳列箱運至操作臺（負責取貨）;然后，再由小機械臂抓取貨物投放至出貨口（負責出貨）。從選定產品到取貨僅需幾分鐘的時間，是智能售貨的充分展示。早在前幾年，實現喂食功能的機械臂、會表演的機械臂不斷涌現，為生活帶來了很多便利。

毋庸置疑，機械臂就是一個可以繞固定點旋轉的硬棒一杠桿。其實，這樣的機械臂仿造了人類的手臂。那么，我們的手臂是不是也是杠桿呢？人體中的運動是不是也和杠桿有關呢？

愛思考的你一定很好奇：組成人體運動系統的是骨、關節、肌肉，運動時，肌肉的收縮和舒張帶動骨骼和關節的運動，這和杠桿有什么關系呢？讓我們在運動中探尋其中的奧秘吧！

屈肘運動

我們一起來做！請你坐正后將肘關節固定在桌上，前臂自下而，上運動，托起一件重量適中的物體，注意肘關節不動哦！將物體輕輕放下，再來一次！先感受這里有沒有杠桿。如果有，支點、動力、阻力又分別是什么？它們在哪里呢？想好了畫一畫，再往下看哦！

杠桿——我們的前臂是能夠繞著固定點（肘關節）運動的骨頭;

支點——肘關節;

動力——肱二頭肌產生的帶動前臂運動的力;

阻力——物體的重力。

你找對了嗎？

你知道嗎？當你舉起一個重物，肌肉竟然要花費約6倍以上的力氣。為什么會這么費力呢？試著用杠桿原理來分析，它會帶給你全新的認識哦！如左圖所示，我們找到支點（肘關節）到動力（肱二頭肌的拉力）作用線的距離動力臂L1，再找到支點（肘關節）到阻力（物體的重力）作用線的距離一一阻力臂L2，I可以看到：動力臂L1<阻力臂L2。根據動力F1x動力臂L1三阻力F2x阻力臂L2，所以動力F1必須大于阻力F2，顯然這是一種費力杠桿。

雖然費力，但是它可以節省距離（少移動距離），且加快速度，提高工作效率;因此費力杠桿也稱為速度杠桿。

踮腳運動

我們每天行走時，輕輕松松就可以抬起自己的身體。而如果我們想抬起和自己體重一樣的物體，可就非常費力了。你知道為什么嗎？這和我們研究的杠桿有關系嗎？

現在，我們一起慢慢踮起腳尖，兩秒鐘后，放下腳跟，再來一次。試著找一找其中的杠桿在哪里，支點、動力、阻力在哪里。這確實是一個變形的杠桿：

杠桿——我們腳部的骨頭，它們形成一個整體，能夠繞著腳尖轉動;

支點——腳尖部位;

動力——腿肚肌肉產生的拉力，帶動杠桿運動;

阻防——人體的重力。

踮腳確實很輕松，抬起重物卻很費勁，難道這個腳部的杠桿能為我們省力嗎？

我們一起來分析。如左圖所示，我們找到支點（腳尖）到動力（腿部肌肉的拉力）作用線的距離，即動力臂L1;找到支點（腳尖）到阻力（人體重力）作用線的距離，即阻力臂L2。顯而易見，動力臂L1>阻力臂L2。根據杠桿原理，動力F1x動力臂L1=阻力F2x阻力臂L2，可以得出動力F1<阻力F2，這個杠桿是省力杠桿。而且同樣體重下，腳越長，動力臂越大，就越省力。

點頭運動

原來，在我們的身體運動時，不僅有杠桿的應用，還有省力杠桿和費力杠桿之分呢！我們的身體是不是很奇妙呢？說到人體運動，點頭、低頭可以算得上是頻率最高的運動之一了。那么，點頭、低頭中有杠桿原理的應用嗎？

請你和同桌一起做！坐端正，慢慢地低下頭，然后輕輕地抬起頭，再來一次，你找到其中的杠桿了嗎？如果你找到了，請你把它的幾個要素畫在右圖中！

頭顱繞著脊柱頂端轉動，就是一個變形的杠桿：

支點一脊柱頂端是固定不動的點;當我們低頭時，動力一頭顱的重量，脊柱前后肌肉帶來的力量;當我們抬頭時，則恰好相反。

我們認為，支點到動力作用線的距離約等于支點到阻力作用線的距離，如右圖所示。因此，動力大致等于阻力，這個杠桿既不省力，也不費力，我們稱之為等臂杠桿。

不知不覺，相信同學們已經學會了分析人體杠桿的方法，恭喜大家在科學探索的道路上又有了進步！接下來，歡迎大家進入最后的挑戰環節！

劃戰俯臥撐俯臥撐是常見的健身運動，主要鍛煉上肢、腰部及腹部的肌肉，在日常訓練、體育課及軍事體能訓練中都是一項基本訓練。如果條件允許，請你試著做兩個俯臥撐吧！

怎么樣？是不是有點難？確實，對于大部分人來說，這是一項具有挑戰性的運動。你覺得俯臥撐運動涉及省力杠桿、費力杠桿，還是等臂杠桿呢？

像之前土樣，我們先找到杠桿的支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂。

杠桿——人的整個身體;

支點——腳與地面的接觸點;

動力——地面對手臂的支持力;

阻力——人體的重力;

動力——臂手掌與腳的距離;

阻力臂——腰到腳的距離。

看到了嗎？動力臂L1>阻力臂L2，根據杠桿原理的公式，動力F1x動力臂L1牛阻力F2x阻力臂L2，可以得出動力F1<阻力F2。其實，這是一個省力杠桿。

雖然俯臥撐運動中的杠桿是省力杠t桿，但是對于提供動力支撐的手臂來說，也是非常有挑戰性的，所以我們感覺到俯臣臥撐有些難。

工中人體中還有很多杠桿原理的應用，當你彎腰起身時，當你擺手或咀嚼食物時，是否也用到了杠桿原理呢？你會分析它們嗎？期待你能更多地嘗試和發現，更全面地認識人體！

實際上，華為商店用到的機械臂、機械爪都是人體杠桿的應用延伸，細心的你七定能夠主動體驗、主動觀察，用科技改變生活！

責任編輯：陸艷 責任校對：夏越